推土機右支架底座銑開專用夾具設(shè)計
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第4章 右支架座銑開專用夾具設(shè)計
4.1 夾具的分類和作用
(1)按專業(yè)程度劃分
1)通用夾具
通用夾具是指已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的,在一定范圍內(nèi)可用于加工不同工件的夾具。例如,車床上三爪卡盤和四爪單動卡盤,銑床上的平口鉗、分度頭和回轉(zhuǎn)工作臺等。這類夾具一般由專業(yè)工廠生產(chǎn),常作為機床附件提供給用戶。其特點是適應(yīng)性廣,生產(chǎn)效率低,主要適用于單件、小批量的生產(chǎn)中。
2)專用夾具
專用夾具是指專為某一工件的某道工序而專門設(shè)計的夾具。其特點是結(jié)構(gòu)緊湊,操作迅速、方便、省力,可以保證較高的加工精度和生產(chǎn)效率,但設(shè)計制造周期較長、制造費用也較高。當(dāng)產(chǎn)品變更時,夾具將由于無法再使用而報廢。只適用于產(chǎn)品固定且批量較大的生產(chǎn)中。
3)通用可調(diào)夾具和成組夾具
其特點是夾具的部分元件可以更換,部分裝置可以調(diào)整,以適應(yīng)不同零件的加工。用于相似零件的成組加工所用的夾具,稱為成組夾具。通用可調(diào)夾具與成組夾具相比,加工對象不很明確,適用范圍更廣一些。
4)組合夾具
組合夾具是指按零件的加工要求,由一套事先制造好的標(biāo)準(zhǔn)元件和部件組裝而成的夾具。由專業(yè)廠家制造,其特點是靈活多變,萬能性強,制造周期短、元件能反復(fù)使用,特別適用于新產(chǎn)品的試制和單件小批生產(chǎn)。
5)隨行夾具
隨行夾具是一種在自動線上使用的夾具。該夾具既要起到裝夾工件的作用,又要與工件成為一體沿著自動線從一個工位移到下一個工位,進行不同工序的加工。
(2)按使用的機床分類
由于各類機床自身工作特點和結(jié)構(gòu)形式各不相同,對所用夾具的結(jié)構(gòu)也相應(yīng)地提出了不同的要求。按所使用的機床不同,夾具又可分為:車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、磨床夾具、齒輪機床夾具和其他機床夾具等。
(3)按夾緊動力源分類
根據(jù)夾具所采用的夾緊動力源不同,可分為:手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、氣液夾具、電動夾具、磁力夾具、真空夾具等。
夾具的作用:1.縮短輔助時間,提高勞動生產(chǎn)率
夾具的使用一般包括兩個過程:其一是夾具本身在機床上的安裝和調(diào)整,這個過程主要是依靠夾具自身的定向鍵、對刀塊來快速實現(xiàn),或者通過找正、試切等方法來實現(xiàn),但速度稍慢;其二是被加工工件在夾具中的安裝,這個過程由于采用了專用的定位裝置(如V形塊等),因此能迅速實現(xiàn)。
2.確保并穩(wěn)定加I精度,保證產(chǎn)品質(zhì)量
加工過程中,工件與刀具的相對位置容易得到保證,并且不受各種主觀因素的影響,因而工件的加工精度穩(wěn)定可靠。
3.降低對操作工人的技術(shù)要求和工人的勞動強
由于多數(shù)專用夾具的夾緊裝置只需廠人操縱按鈕、手柄即可實現(xiàn)對工件的夾緊,這在很大程度上減少了工人找正和調(diào)整工件的時間與難度,或者根本不需要找正和調(diào)整,所以,這些專用夾具的使用降低了對工人的技術(shù)要求并減輕了工人的勞動強度。
3.2 工件在夾具中的定位
一、機床夾具定位元件
工件定位方式不同,夾具定位元件的結(jié)構(gòu)形式也不同,這里只介紹幾種常用的基本定位元件。實際生產(chǎn)中使用的定位元件都是這些基本定位元件的組合。
(一)工件以平面定位常用定位元件
1.支承釘
常用支承釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式如圖6-1所示。平頭支承釘(圖a)用于支承精基準(zhǔn)面;球頭支承釘(圖b)用于支承粗基準(zhǔn)面;網(wǎng)紋頂面支承釘(圖c)能產(chǎn)生較大的摩擦力,但網(wǎng)槽中的切屑不易清除,常用在工件以粗基準(zhǔn)定位且要求產(chǎn)生較大摩擦力的側(cè)面定位場合。一個支承釘相當(dāng)于一個支承點,限制一個自由度;在一個平面內(nèi),兩個支承釘限制二個自由度;不在同一直線上的三個支承釘限制三個自由度。
圖6-1 常用支承釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式
2.支承板
常用的支承板結(jié)構(gòu)形式如圖6-2所示。平面型支承板(圖a)結(jié)構(gòu)簡單,但沉頭螺釘處清理切屑比較困難,適于作側(cè)面和頂面定位;帶斜槽型支承板(圖b),在帶有螺釘孔的斜槽中允許容納少許切屑,適于作底面定位。當(dāng)工件定位平面較大時,常用幾塊支承板組合成一個平面。一個支承板相當(dāng)于兩個支承點,限制兩個自由度;兩個(或多個)支承板組合,相當(dāng)于一個平面,可以限制三個自由度。
圖6-2 常用支承板的結(jié)構(gòu)形式
3.可調(diào)支承
常用可調(diào)支承結(jié)構(gòu)形式如圖6-3所示??烧{(diào)支承多用于支承工件的粗基準(zhǔn)面,支承高度可以根據(jù)需要進行調(diào)整,調(diào)整到位后用螺母鎖緊。一個可調(diào)支承限制一個自由度。
圖6-3 常用可調(diào)支承的結(jié)構(gòu)形式
4.自位支承
常用自位支承的結(jié)構(gòu)形式如圖6-4所示。由于自位支承是活動的或是浮動的,無論結(jié)構(gòu)上是兩點或三點支承,其實質(zhì)只起一個支承點的作用,所以自位支承只限制一個自由度。使用自位支承的目的在于增加與工件的接觸點,減小工件變形或減少接觸應(yīng)力。
圖6-4 自位支承的結(jié)構(gòu)形式
(二) 工件以孔定位常用定位元件
1.定位銷
圖6-6是幾種常用固定式定位銷的結(jié)構(gòu)形式。當(dāng)工件的孔徑尺寸較小時,可選用圖 a 所示的結(jié)構(gòu);當(dāng)孔徑尺寸較大時,選用圖 b 所示的結(jié)構(gòu);當(dāng)工件同時以圓孔和端面組合定位時,則應(yīng)選用圖c所示的帶有支承端面的結(jié)構(gòu)。用定位銷定位時,短圓柱銷限制二個自由度;長圓柱銷可以限制四個自由度;短圓錐銷(圖d)限制三個自由度。
圖6-6 固定式定位銷的結(jié)構(gòu)形式
2.心軸
心軸的結(jié)構(gòu)形式很多,圖6-7是幾種常用的心軸結(jié)構(gòu)形式。圖a為過盈配合心軸,限制工件四個自由度;圖b為間隙配合心軸,限制工件五個自由度(心軸外圓部分限制四個自由度,軸肩面限制一個自由度);圖c為小錐度(1:5000~1:1000)心軸,裝夾工件時,通過工件孔和心軸接觸表面的彈性變形夾緊工件,使用小錐度心軸定位可獲得較高的定位精度,它可以限制五個自由度。
圖6-7 定位心軸
(四) 工件以組合表面定位常用定位元件
在實際生產(chǎn)中,為滿足加工要求,有時采用幾個定位面相組合的方式進行定位。常見的組合形式有:兩頂尖孔、一端面一孔、一端面一外圓、一面兩孔等;與之相對應(yīng)的定位元件也是組合式的。例如,長軸類零件采用雙頂尖組合定位;箱體類零件采用一面雙銷組合定位。
幾個表面同時參與定位時,各定位基準(zhǔn)(基面)在定位中所起的作用有主次之分。例如,軸以兩頂尖孔在車床前后頂尖上定位的情況,前頂尖孔為主要定位基面,前頂尖限制三個自由度,后頂尖只限制兩個自由度。
4.3 夾具的組成
(1) 定位元件
定位元件保證工件在夾具中處于正確的位置。
(2) 夾緊裝置
夾緊裝置的作用是將工件壓緊夾牢,保證工件在加工過程中受到外力(切削力等)作用時不離開已經(jīng)占據(jù)的正確位置。圖3-3中的螺桿8(與圓柱銷合成一個零件)、螺母7和開口墊圈6就起到了上述作用。
(3) 對刀或?qū)蜓b置
對刀或?qū)蜓b置用于確定刀具相對于定位元件的正確位置。如圖3-3中鉆套l和鉆模板2組成導(dǎo)向裝置,確定了鉆頭軸線相對定位元件的正確位置。銑床夾具上的對刀塊和塞
尺為對刀裝置。
(4) 連接元件
連接元件是確定夾具在機床上正確位置的元件。如圖3-3中夾具體3的底面為安裝基面,保證了鉆套1的軸線垂直于鉆床工作臺以及圓柱銷5的軸線平行于鉆床工作臺。因此,夾具體可兼作連接元件。車床夾具上的過渡盤、銑床夾具上的定位鍵都是連接元件。
(5) 夾具體
夾具體是機床夾具的基礎(chǔ)件,如圖3-3中的件3,通過它將夾具的所有元件連接成一個整體。
(6) 其它裝置或元件
它們是指夾具中因特殊需要而設(shè)置的裝置或元件。
4.4夾具設(shè)計
4.4.1定位基準(zhǔn)的選擇
為了提高加工效率及方便加工,決定材料使用高速鋼,用于對進行加工,準(zhǔn)備采用手動夾緊。
由零件圖可知:在對進行加工前,底平面進行了粗、精銑加工,進行了粗、精加工。因此,定位、夾緊方案有:
方案:選底平面、和側(cè)面定位夾緊方式用操作簡單,通用性較強的移動壓板來夾緊。
通過比較分析只有方案Ⅰ滿足要求,孔其加工與孔的軸線間有尺寸公差,選擇小頭孔和大頭孔來定位,從而保證其尺寸公差要求。
為了使定位誤差達到要求的范圍之內(nèi),這種定位在結(jié)構(gòu)上簡單易操作。
3.4.2切削力及夾緊力的計算
刀具:銑刀(硬質(zhì)合金)
刀具有關(guān)幾何參數(shù):
由參考文獻[5]5表1~2~9 可得銑削切削力的計算公式:
有:
根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況,找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態(tài),按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠,再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值,即:
安全系數(shù)K可按下式計算:
式中:為各種因素的安全系數(shù),查參考文獻[5]1~2~1可知其公式參數(shù):
由此可得:
所以
由計算可知所需實際夾緊力不是很大,為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便,決定選用手動螺旋夾緊機構(gòu)。
夾緊力的確定
夾緊力方向的確定
夾緊力應(yīng)朝向主要的定位基面。
夾緊力的方向盡可能與切削力和工件重力同向。
(1) 夾緊力作用點的選擇
a. 夾緊力的作用點應(yīng)落在定位元件的支承范圍內(nèi)。
b. 夾緊力的作用點應(yīng)落在工件剛性較好的部位上,這樣可以防止或減少工件變形變形對加工精度的影響。
c. 夾緊力的作用點應(yīng)盡量靠近加工表面。
(3)夾緊力大小的估算
理論上確定夾緊力的大小,必須知道加工過程中,工件所受到的切削力、離心力、慣性力及重力等,然后利用夾緊力的作用應(yīng)與上述各力的作用平衡而計算出。但實際上,夾緊里的大小還與工藝系統(tǒng)的剛性、夾緊機構(gòu)的傳遞效率等有關(guān)。而且,切削力的大小在加工過程中是變化的,因此,夾緊力的計算是個很復(fù)雜的問題,只能進行粗略的估算。
估算的方法:一是找出對夾緊最不利的瞬時狀態(tài),估算此狀態(tài)下所需的夾緊力;二是只考慮主要因素在力系中的影響,略去次要因素在力系中的影響。
估算的步驟:
a.建立理論夾緊力FJ理與主要最大切削力FP的靜平衡方程:FJ理=Ф (FP)。
b.實際需要的夾緊力FJ需,應(yīng)考慮安全系數(shù),F(xiàn)J需=KFJ理。
c.校核夾緊機構(gòu)的夾緊力FJ是否滿足條件:FJ>FJ需。
夾具的夾緊裝置和定位裝置[1] [2]
夾具中的裝夾是由定位和夾緊兩個過程緊密聯(lián)系在一起的。定位問題已在前面研究過,其目的在于解決工件的定位方法和保證必要的定位精度。
僅僅定好位在大多數(shù)場合下,還無法進行加工。只有進而在夾具上設(shè)置相應(yīng)的夾緊裝置對工件進行夾緊,才能完成工件在夾具中裝夾的全部任務(wù)。
夾緊裝置的基本任務(wù)是保持工件在定位中所獲得的即定位置,以便在切削力、重力、慣性力等外力作用下,不發(fā)生移動和震動,確保加工質(zhì)量和生產(chǎn)安全。有時工件的定位是在夾緊過程中實現(xiàn)的,正確的夾緊還能糾正工件定位的不正確。
一般夾緊裝置由動源即產(chǎn)生原始作用力的部分。夾緊機構(gòu)即接受和傳遞原始作用力,使之變?yōu)閵A緊力,并執(zhí)行夾緊任務(wù)的部分。他包括中間遞力機構(gòu)和夾緊元件。
考慮到機床的性能、生產(chǎn)批量以及加工時的具體切削量決定采用手動夾緊。
螺旋夾緊機構(gòu)是斜契夾緊的另一種形式,利用螺旋桿直接夾緊元件,或者與其他元件或機構(gòu)組成復(fù)合夾緊機構(gòu)來夾緊工件。是應(yīng)用最廣泛的一種夾緊機構(gòu)。
螺旋夾緊機構(gòu)中所用的螺旋,實際上相當(dāng)于把契繞在圓柱體上,因此他的作用原理與斜契是一樣的。也利用其斜面移動時所產(chǎn)生的壓力來夾緊工件的。不過這里上是通過轉(zhuǎn)動螺旋,使繞在圓柱體是的斜契高度發(fā)生變化來夾緊的。
典型的螺旋夾緊機構(gòu)的特點:
(1)結(jié)構(gòu)簡單;
(2)擴力比大;
(3)自瑣性能好;
(4)行程不受限制;
(5)夾緊動作慢。
夾緊裝置可以分為力源裝置、中間傳動裝置和夾緊裝置,在此套夾具中,中間傳動裝置和夾緊元件合二為一。力源為機動夾緊,通過螺栓夾緊移動壓板。達到夾緊和定心作用。
工件通過定位銷的定位限制了繞Z軸旋轉(zhuǎn),通過螺栓夾緊移動壓板,實現(xiàn)對工件的夾緊。并且移動壓板的定心裝置是與工件外圓弧面相吻合的移動壓板,通過精確的圓弧定位,實現(xiàn)定心。此套移動壓板制作簡單,便于手動調(diào)整。通過松緊螺栓實現(xiàn)壓板的前后移動,以達到壓緊的目的。壓緊的同時,實現(xiàn)工件的定心,使其定位基準(zhǔn)的對稱中心在規(guī)定位置上。
查參考文獻[5]1~2~26可知螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計算:螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計算有:
式中參數(shù)由參考文獻[5]可查得:
其中:
螺旋夾緊力:
該夾具采用螺旋夾緊機構(gòu), 由上述計算易得:
由計算可知所需實際夾緊力不是很大,為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便,決定選用手動螺旋夾緊機構(gòu)。
4.5定位誤差的分析
該夾具以一個平面和1個活動V型塊和1個固定墊板定位,要求保證軸線間的尺寸公差。為了滿足工序的加工要求,必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的尺寸公差。
由[5]和[6]可得:
1 定位誤差:
當(dāng)以任意邊接觸時
通過分析可得:
因此:當(dāng)以任意邊接觸時
2 夾緊誤差 :
其中接觸變形位移值:
⑶ 磨損造成的加工誤差:通常不超過
⑷ 夾具相對刀具位置誤差:取
誤差總和:
從以上的分析可見,所設(shè)計的夾具能滿足零件的加工精度要求。
4.6夾具設(shè)計及操作的簡要說明
由于是大批大量生產(chǎn),主要考慮提高勞動生產(chǎn)率。因此設(shè)計時,需要更換零件加工時速度要求快。本夾具設(shè)計,用大平面定位三個自由度,定位銷定位兩個自由度,用菱形銷定位最后一個轉(zhuǎn)動自由度。
總 結(jié)
經(jīng)過差不多一個學(xué)期的緊張的設(shè)計,在指導(dǎo)老師及其他老師的幫助下,通過查閱大量的資料,參觀工廠的設(shè)備,認(rèn)真地進行了這次設(shè)計。通過這次設(shè)計,使我對工藝路線的制定和工藝規(guī)程的安排以及工裝的選擇和設(shè)計有了更深刻的了解和掌握。也使我對于一個工藝員所從事的工作有了深層次體會,培養(yǎng)了實際工作能力,特別是分析問題和解決問題的能力,可以說這次設(shè)計使我收益不小,為我今后的學(xué)習(xí)和工作打下了堅實和良好的基礎(chǔ)。但是,查閱資料尤其是在查閱切削用量手冊時,數(shù)據(jù)存在大量的重復(fù)和重疊,由于經(jīng)驗不足,在選取數(shù)據(jù)上存在一些問題,不過我的指導(dǎo)老師XX老師每次都很有耐心地幫我提出寶貴的意見,在我遇到難題時給我指明了方向,最終我很順利的完成了設(shè)計。
參考文獻
參考文獻
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8、機械設(shè)計手冊(上冊),《機械設(shè)計手冊》聯(lián)合編寫組編,化學(xué)工業(yè)出版社
致 謝
經(jīng)過了的很長時間,終于比較圓滿完成了設(shè)計任務(wù)?;仡欉@日日夜夜,感覺經(jīng)過了一場磨練,通過圖書、網(wǎng)絡(luò)、老師、同學(xué)等各種可以利用的方法,鞏固了自己的專業(yè)知識。對所學(xué)知識的了解和使用都有了更加深刻的理解。
此時此刻,我要特別感謝我的導(dǎo)師的精心指導(dǎo),不僅指導(dǎo)我們解決了關(guān)鍵性技術(shù)難題,更重要的是為我們指引了設(shè)計的思路并給我們講解了設(shè)計中用到的實際工程設(shè)計經(jīng)驗,從而使我們設(shè)計中始終保持著清晰的思維也少走了很多彎路,也使我學(xué)會綜合應(yīng)用所學(xué)知識,提高分析和解決實際問題的能力。不僅如此,老師的敬業(yè)精神更是深深的感染了我,鞭策著我在以后的工作中愛崗敬業(yè),導(dǎo)師是真真正正作到了傳道、授業(yè)、解惑。
同時也要感謝其他同學(xué)、老師和同事的熱心幫助,感謝院系領(lǐng)導(dǎo)對我們課程設(shè)計的重視和關(guān)心,為我們提供了作圖工具和場所,使我們能夠全身心的投入到設(shè)計中去,為更好、更快的完成課程設(shè)計提供了重要保障。
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